що таке ультразвуковий витратомір?

Якщо ви коли-небудь стояли біля автомагістралі й помічали, як сирена швидкої допомоги звучить вище, коли вона мчить до вас, а потім опускається до чогось майже скорботного, коли пришвидшується геть-вітаємо, ви відчули ту саму фізичну дію, яка робитьультразвуковий витратомірs галочка. Більшість людей не думають про цей момент двічі. Інженери зробили.

Ультразвуковий витратомір вимірює швидкість руху рідини через трубу, відбиваючи від неї звукові хвилі. Немає рухомих частин. Без прямого контакту з рідиною. Просто звук робить те, що й звук-подорожує, підстрибує, змінюється. Технологія точно не нова, але те, як ми її вдосконалили за останні кілька десятиліть? Ось де все стає цікавим.

Which Ultrasonic Clamp On Flow Meters Suit Refineries?

Ось що стосується ультразвуку-це буквально означає «поза звуком». Ми говоримо про частоти вище 20 кГц, які значно перевищують те, що може сприймати людське вухо. Собаки можуть пожвавитися, але ви нічого не почуєте. Лічильник надсилає ці невидимі акустичні імпульси в трубу, і залежно від того, що відбувається далі, ви отримуєте показання потоку.

Існує два основних підходи. Доплерівські типи та типи-часу проходження. Вони принципово різні тварини, незважаючи на те, що мають однакову ультразвукову ДНК, і вибрати неправильне для свого застосування є легкою помилкою, яка трапляється частіше, ніж хочуть визнавати постачальники.

Ультразвукові допплерівські вимірювачі потребують щось у рідині, щоб відбити звук. Частинки. Бульбашки. Усе, що створює те, що інженери називають «акустичними розривами». Без них у вас нічого-сигнал просто проходить, як світло крізь скло.

Це робить доплерівські лічильники ідеальними для стічних вод, шламів, будь-чого, що містить зважені тверді речовини вище приблизно 100 частин на мільйон. Мінімальний розмір частинок? Близько 100 мікрон, плюс-мінус. Менше цього, і відображення стає ненадійним. Лічильник обчислює швидкість на основі того, наскільки відбита частота зміщується порівняно з переданою. Більший потік означає більший зсув. Досить просто в теорії.

Але ось що збентежує людей: лічильник вимірює швидкість цих частинок, а не самої рідини. Зазвичай це нормально-частинки рухаються з потоком. Однак у дуже турбулентних умовах або стратифікованих потоках ви можете отримати показання, які здаються розумними, але не зовсім правильними. Варто знати.

Лічильники-часу проїзду працюють інакше. Два перетворювачі стоять один проти одного поперек труби. Один посилає імпульс за течією, інший посилає один вгору. У нерухомій рідині обидва імпульси надходять одночасно. Додайте потік, і імпульс, що йде вниз за течією, надходить швидше, оскільки він рухається по течії, а імпульс, що йде вгору, бореться з ним.

Різниця в часі між цими двома прибуттями? Це ваша швидкість течії.

Частинки не потрібні. Насправді частинки погіршують ситуацію-вони розсіюють сигнал і погіршують точність. Лічильники-часу транспортування потребують чистих рідин. вода олії. Певні хімічні речовини. Чим чистіше, тим краще.

Точність може становити ±0,5% від показань в ідеальних умовах, що справді вражає для не-інвазивного вимірювання. Реальні -інсталяції зазвичай припадають десь на 1-3% залежно від стану труби, властивостей рідини, якості встановлення — усіх змінних, які приклади підручників зручно ігнорують.

Більшість ультразвукових лічильників затискаються безпосередньо на існуючі труби. Без свердління. Без відключення. Немає врізання в лінії під тиском, поки керівник технічного обслуговування має невеликий серцевий випадок поблизу.

Ви наносите акустичну сполучну суміш-загалом ультразвукове мастило-прив’язуєте датчики до зовнішньої частини труби, налаштовуєте параметри та вимірюєте потік. Весь процес займає, можливо, годину в хороший день. Порівняйте це з установкою діафрагми або турбінного лічильника, для чого потрібні дренажні лінії, різання труб, зварювання фланців, випробування тиском... це навіть близько.

Портативність — ще одна перевага, про яку ніхто не говорить достатньо. Той самий затискач-на лічильнику може переміщатися між десятками точок вимірювання. Аудит розподілу потоку всього об’єкта без покупки 30 окремих приладів? Це реальна економія грошей.

Ніщо не ідеальне. Ультразвукові сигнали мають проходити через стінку труби двічі-один раз входити, один раз виходити. Кожен матеріал стіни по-різному впливає на сигнал.

Нержавіюча сталь ефективно, іноді занадто ефективно, проводить ультразвук. Сигнал може проходити по стінці труби швидше, ніж через рідину, створюючи перехресні перешкоди, які заплутують електроніку. Вуглецева сталь поводиться краще. Пластикові труби працюють достатньо добре, але вимагають інших конфігурацій датчиків. Бетонні-труби? Мідь? Матеріали, армовані-скловолокном? Кожен представляє виклики, починаючи від «складних, але керованих» до «знайти іншу технологію».

Особливо проблематичною є обшивка труб. Це гумове покриття, яке захищає від корозії? Він може повністю поглинути ваш ультразвуковий сигнал. Повітряний зазор між пошкодженим вкладишем і стінкою труби? Ще гірше. Деякі установки повідомляють про падіння точності до ±20% або повну несправність, коли стан вкладиша погіршується. Питання регулярної перевірки.

Installation guide for plug-in ultrasonic flowmeters

Швидкість ультразвуку через будь-яке середовище залежить від температури. Більш гаряча рідина означає швидше поширення звуку (зазвичай). Лічильник компенсує це математично, але екстремальні коливання температури під час вимірювання можуть спричинити помилки-, які електроніка обчислює на основі поточної температури, тоді як акустичний імпульс поширюється через рідину, яка може змінюватися щомиті.

Більшість сучасних лічильників справляються з цим добре. Тим не менш, якщо ваш процес передбачає швидкий термоцикл, повідомте про це постачальнику перед покупкою, а не виявляйте проблеми під час введення в експлуатацію.

Вібрація створює схожі проблеми. Важка техніка, що знаходиться поблизу, може порушити акустичну зв’язок перетворювачів. Правильне кріплення вирішує це, але «належне кріплення» означає різні речі для різних інсталяторів. Надійне механічне кріплення та щедрий з’єднувальний компаунд, застосований правильно, щоразу перевершують модні конструкції кронштейнів.

Цей застає людей зненацька. Для ультразвукових витратомірів потрібні повністю заповнені труби. Частково заповнені лінії-звичайні в гравітаційних-системах або великогабаритних трубопроводах-дають безглузді показники. Лічильник припускає, що рідина заповнює весь поперечний-переріз під час обчислення об’ємної витрати зі швидкості. Якщо лише половина труби містить рідину, ваш фактичний потік дорівнює половині того, що відображається на дисплеї.

Деякі виробники пропонують спеціалізовані конфігурації для частково заповнених труб, але вони додають вартості та складності. Простіше встановлювати там, де гарантовано повну трубу, або прийняти те, що певні точки вимірювання просто не підходять для ультразвукової технології.

На відміну від багатьох потокових технологій, ультразвукові лічильники надзвичайно добре масштабуються. Той самий фундаментальний принцип працює від пів-дюймових труб до трубопроводів діаметром кілька метрів. Морські нафтові платформи використовують ультразвукові лічильники на масивних транспортних лініях сирої нафти. Фармацевтичні заводи використовують їх у крихітних технологічних потоках. Різні розміри перетворювачів, різні монтажні конфігурації, однакова фізика.

Цей діапазон робить ультразвук привабливим варіантом для об’єктів з різними розмірами труб. Навчання екіпажів одній технології перевершує підтримку досвіду роботи з п’ятьма різними типами лічильників.

Нафта й газ домінують на ринку ультразвукового обладнання, особливо для передачі на зберігання{0}}таких високих-вимірів, коли гроші переходять із рук в руки залежно від того, скільки продукту переміщено по трубі. Багатоканальні-міряльники-часу з чотирма, шістьма або вісьмома парами перетворювачів забезпечують точність, якої потребують ці програми.

Споруди для очищення води та стічних вод значною мірою покладаються на доплерівські типи для ліній мулу та моніторингу потоку. Хімічна обробка використовує обидва типи в залежності від характеристик рідини. Системи HVAC використовують їх для моніторингу охолодженої та гарячої води. Застосування харчових продуктів і напоїв надає перевагу затискачам-на конструкціях, які уникають ризику забруднення.

Видобуток корисних копалин змушує вимірювати допплерівські вимірювачі, вимірюючи суспензію, що містить абразивні частинки, які могли б знищити будь-який втручальний датчик протягом декількох тижнів. Лічильники живуть, тому що вони ніколи не торкаються рідини. Без поверхонь, що зношуються. Без запчастин. Просто перетворювачі мирно сидять на зовнішній стороні труби, а всередині тече смертоносна рідина.

Маркетингові матеріали люблять стверджувати, що «нульове обслуговування». Це оптимістично. Точніше: вимоги до обслуговування мінімальні порівняно з механічними лічильниками.

Перетворювачі потребують періодичної перевірки. Зчіпна суміш висихає і потребує освіження. Електроніка змінюється з часом і отримує користь від перевірки за еталонними стандартами. Оновлення мікропрограми усуває помилки або покращує алгоритми. Батареї в портативних блоках розряджені.

Жодне з цього не наближається до тягаря технічного обслуговування об’ємних лічильників з обертовими компонентами, турбінних лічильників із підшипниками, які з часом виходять з ладу, або вихрових лічильників із стрижневими балками, які руйнуються. Але «мінімум» — це не «нуль». Бюджет відповідно.

дізнатися більше

Portable ultrasonic flowmeter performance characteristics

Початкова ціна покупки є вищою, ніж базові механічні лічильники, нижчою, ніж високо{0}}коріолісові лічильники чи складні електромагнітні конструкції. Clamp-on installation скорочує загальну вартість розгортання порівняно з вбудованими альтернативами, які потребують модифікації трубопроводів.

Довгострокова-економіка зазвичай віддає перевагу ультразвуку. Відсутність падіння тиску означає відсутність витрачання енергії на проштовхування рідини через обмеження потоку. Відсутність змочених частин означає відсутність витрат-на заміну, пов’язану з корозією. Портативність означає, що один лічильник обслуговує кілька місць. Те, чи переважують ці переваги вищі початкові витрати, залежить від вашої конкретної ситуації, очікуваного терміну служби та того, наскільки ви цінуєте відсутність різання труб.

Ультразвукові витратоміри представляють справжню інженерну хитрість-вимірювання чогось такого практичного, як швидкість рідини, використовуючи щось таке абстрактне, як зміщення частоти в нечутних звукових хвилях. Ця технологія значно вдосконалилася з початку комерційного впровадження в 1970-х роках і продовжує вдосконалюватися, оскільки обробка сигналів стає розумнішою, а конструкції перетворювачів розвиваються.

Вони не є універсальними рішеннями. Аеровані чисті рідини плутають доплерометри. Потоки,-насичені частинками, перемагають схеми-часу проходження. Облицьовані труби створюють проблеми. Частково заповнені труби створюють більші проблеми. Кожна технологія має сліпі зони.

Але для правильних застосувань-і багато-ультразвукових лічильників пропонують комбінацію точності, не-інвазивності та надійності, яку альтернативні технології важко досягти. Фізика сирени швидкої допомоги, яка раніше здавалася дрібницею? Виявляється, вартість промислового приладобудування становить кілька мільярдів доларів щорічно. Крістіан Доплер, мабуть, знайшов би це забавним.